Ensayos de materiales (página 2)

Fundiciones ordinarias

• Negras, en su fractura se ven nódulos de
  grafito.

• Grises, el grafito está repartido
  uniformemente

• Blancas, todo el carbono está en forma de
  cementita

• Atruchadas, su fractura tiene un aspecto entre gris
  y blanca

Fundiciones aleadas, con elementos que aportan
sus propiedades como resistencia a la corrosión o
conductividad eléctrica.

Fundiciones especiales

• Nodulares, una fundición gris con magnesio
  para formar nódulos de grafito

• Maleables, una fundición blanca a la que se
  calienta y se deja enfriar lentamente

La norma UNE 36001 establece una nomenclatura a
base de una letra seguida por tres números, cuyo
significado es el siguiente:

* La letra puede ser F (para aleaciones
férricas), L (para aluminios y otras aleaciones ligeras),
C (para aleaciones de cobre).

* El primer número indica la serie o
características generales; a los aceros les corresponden
las series entre 1 y 7, y las fundiciones pertenecen a la serie
8.

* El segundo número indica el grupo o las
características comunes dentro de cada serie.

* Por último, el número de las unidades
indica el individuo, con una composición y propiedades
específicas. Como ejemplo:

Tratamientos de
los metales

Tienen por finalidad modificar las propiedades
mecánicas de los metales en general; en algunos casos se
pretende aumentar su plasticidad para facilitar el conformado en
frío en otros aumentar su dureza o su
resistencia.

Se distinguen los siguientes tratamientos:
térmicos, termoquímicos, mecánicos y
superficiales. Todos ellos no deben alterar la
composición química de manera notable ya que de lo
contrario dejarían de ser tratamientos para convertirse en
otros procesos.

3.1.- TRATAMIENTOS
TÉRMICOS

Consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento
a una velocidad concreta sin que la química resulte
modificada. Por lo tanto las variables que controlamos son la
temperatura y el tiempo.

Existen fundamentalmente cuatro tratamientos
térmicos que se aplican a los aceros:

Temple: es un tratamiento típico
de los aceros que consiste en calentarlos hasta una temperatura
elevada, superior a la de austenización, seguido de un
enfriamiento lo suficientemente rápido para obtener
una estructura martensítica. De esta manera se
obtiene un material muy duro y resistente
mecánicamente. Por regla general, la forma de realizar
el enfriamiento consiste en sumergir la pieza en agua, aceite o
aire frío controlando en todo momento la temperatura del
fluido. Para conseguir un mejor temple se agita el fluido
refrigerante.

Revenido: es un tratamiento
complementario al temple, con el que se pretende eliminar
tensiones internas producidas durante el temple; mejora la
tenacidad, aunque se reduce la dureza. Consiste en un
calentamiento de las piezas previamente templadas a una
temperatura inferior a la de austenización, para
lograr que la martensita se transforme en una estructura
más estable. El proceso termina con un enfriamiento
relativamente rápido.

Normalizado: se denomina normalizado por
que se entiende que con este tratamiento los aceros obtienen sus
propiedades normales. Se someten a este tratamiento piezas
que han sufrido deformaciones en caliente, en frío o bien
que han tenido enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos.
También nos sirve para eliminar un tratamiento
térmico previo. Con el normalizado se reducen tensiones
internas provocadas por las causas anteriores, así como
una unificación del tamaño de grano.

Consiste en un calentamiento del acero, 50 grados por
encima de la temperatura de austenización, seguido de
un enfriamiento al aire. La velocidad de enfriamiento no puede
ser elevada evitando la formación de martensita y
confiriendo al acero una estructura perlítica y
ferrita o cementita de grano fino.

Recocido: consiste en calentar el
material hasta una temperatura determinada y mantenerlo a dicha
temperatura durante un tiempo previsto y posteriormente
enfriarlo lentamente. Los objetivos que se persiguen son:
eliminar tensiones del temple, aumentar la plasticidad,
ductilidad y tenacidad, y conseguir una microestructura
específica.

En estos tratamientos, el tiempo constituye la variable
fundamental a controlar. En los aceros la temperatura a alcanzar
ha de estar entre la temperatura crítica inferior de
austenización (A1) y superior (A3 o Acm). Con este
tratamiento no se supera la temperatura crítica superior
de austenización como ocurre con el
normalizado.

El diagrama TTT representa las transformaciones de la
austenita en perlita, bainita y martensita, en función de
la velocidad de enfriamiento del material. Con objeto de
analizar las distintas estructuras que se obtienen al variar la
temperatura y el tiempo de enfriamiento, se lleva a cabo un
ensayo que consiste en calentar un gran número de placas
de acero (digamos 100) de una determinada composición por
encima de su temperatura A3, a fin de que todas las placas se
transformen en austenita. A continuación se introduce una
serie de placas (por ejemplo 10) en un baño de sales cuya
temperatura se mantiene constante. Otra serie (otras 10, por
ejemplo) se introducen en otro baño que se mantiene a
temperatura diferente, y así sucesivamente. De cada
baño se extrae una placa cada cierto tiempo, para
templarla y ver su microestructura. De esta forma se anota el
tiempo que ha tardado en empezar la transformación,
así como el instante en que la transformación se ha
completado, y se obtienen los diagramas
tiempo-temperatura-transformación, conocidos simplemente
como curvas TTT:

3.2.- TRATAMIENTOS
TERMOQUÍMICOS

Con estos tratamientos obtenemos piezas muy duras
superficialmente, capaces de resistir desgastes, y más
blandas en el centro, lo que les permite ser más
tenaces.

Mediante estos tratamientos se modifica la
composición química superficial del material, por
lo tanto, las variables que controlamos son la temperatura, el
tiempo y la composición química. En general el
procedimiento consiste en meter la pieza hasta una temperatura
determinada, mantenemos esa temperatura el tiempo necesario para
que se produzca una difusión atómica en la
superficie de la pieza con una profundidad determinada y
enfriamos. Entre los procedimientos más habituales
tenemos:

Cementación Consiste en
añadir carbono a la superficie del metal, con objeto de
aumentar su dureza superficial. Para facilitar la difusión
del carbono en el metal, se somete la pieza durante cierto tiempo
a una determinada temperatura ( 900 °C en el caso de los
aceros). La atmósfera carburante necesaria se puede lograr
por medio de agentes sólidos, gaseosos o líquidos
que desprendan carbono.

La cantidad de carbono absorbido por la pieza depende de
varios factores:

• Composición química inicial del
  acero.

• Naturaleza de la atmósfera
  carburante.

• Temperatura.

• Tiempo de exposición.

Una vez sometida una pieza a un proceso de este tipo,
puede considerarse constituida por dos zonas:

Zona exterior, que es la capa cementada y que
posee mayor concentración de carbono que el resto de la
pieza. Su espesor es función del tiempo de
exposición y la temperatura alcanzada.

Alma, que es la zona central donde no se ha
producido variación química.

Nitruración Con este tratamiento se
consiguen endurecimientos superficiales extraordinarios de los
aceros. La pieza que se pretende nitrurar se somete en un horno a
una corriente de amoniaco a una temperatura elevada (en el caso
de los aceros próxima a los 500°C). Con este
procedimiento, manteniendo la pieza dentro del horno a la
temperatura indicada entre 20 y 80 horas, se pueden alcanzar
durezas comprendidas entre 650 HV y 1100 HV.

Cianuración Es un tratamiento intermedio
de los dos anteriores en el que se produce el endurecimiento de
la superficie de la pieza sometiéndola a una
atmósfera mezcla de carbono y nitrógeno.

Sulfinización Consiste en producir una
pequeña capa superficial de azufre, nitrógeno y
carbono; de esta manera se consigue favorecer la resistencia al
desgaste, favorecer la lubricación y evitar el
agarrotamiento. Las piezas sometidas a este tratamiento pueden
aumentar su dureza cinco veces.

3.3.- TRATAMIENTOS
MECÁNICOS

Mejoran las características de los metales por
deformación mecánica, con o sin calor. Cuando el
proceso se realiza en caliente recibe el nombre de
forja. 3.4. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Mediante
estos tratamientos se modifica la superficie de los metales sin
variar su composición química másica. En
estos tratamientos no es necesario la aplicación de calor.
Los tratamientos superficiales más conocidos son el
cromado y la metalización. La
metalización consiste en pulverizar metal fundido sobre
otro, con lo cual, la pieza tratada adquiere las propiedades del
primero en su superficie.

PROTECCIÓN CONTRA LA
CORROSIÓN

La interacción entre un material y el ambiente
provoca en muchos casos la pérdida o deterioro de las
propiedades físicas del material. Estos procesos de
deterioro son diferentes según se trate de materiales
metálicos, polímeros o cerámicos. El proceso
de deterioro que se produce en los metales recibe el nombre de
oxidación y corrosión.

En los procesos de oxidación, lo metales pasan de
un estado electrostáticamente neutro a formar cationes
(iones positivos) por pérdida de electrones.

M ? Mn+ + ne- En el proceso de degradación
de los metales, la oxidación directa resulta de
la combinación de los átomos metálicos con
los de la sustancia agresiva, por ejemplo 2Fe + 02 ? 2FeO,
y la corrosión electroquímica se
caracteriza por la formación de pilas galvánicas en
las que el metal actúa como ánodo y por lo tanto se
disuelve. Este tipo de corrosión exige la presencia de
medios electrolíticos, uniones eléctricas y la
presencia de un cátodo.

Pilas galvánicas

Tenemos dos metales diferentes inmersos en un
electrolito y unidos eléctricamente, haciendo que uno de
ellos funcione como ánodo y el otro como
cátodo.

El ánodo cede electrones al cátodo, por lo
tanto algunos átomos del ánodo se ionizan con carga
positiva disminuyendo de tamaño. Si este ion se encuentra
en la superficie del ánodo podrá abandonarlo y
dirigirse, a través del electrolito, hacia el
cátodo que se encuentra cargado negativamente gracias a
los electrones que le cedió el ánodo. De esta
manera el ánodo reduce su tamaño mientras que el
cátodo puede aumentar o quedarse igual, ya que el ion al
juntarse con el electrón puede depositarse sobre el
cátodo, unirse a otros átomos procedentes del
ánodo y precipitar al fondo de la pila o combinarse con
elementos del electrolito formando un gas que saldría de
la pila.

Medidas de protección contra la
corrosión

Los principales medios de protección
son:

• Impedir la formación de pilas
  galvánicas, utilizando aislantes
  eléctricos.

• Tratar siempre que el área del ánodo
  sea mayor que la del cátodo.

• Diseñar recipientes para contener
  líquidos cerrados y procurar que no se acumule
  líquido estancado.

• Evitar hendiduras o grietas entre los materiales
  armados o unidos.

Medios de protección Todos los
medios de protección van destinados a evitar alguna de las
causas que provocan la oxidación y corrosión. Entre
las más utilizadas destacamos:

Recubrimientos Se utilizan para aislar
las regiones del cátodo y del ánodo. Estos
aislantes pueden ser de diferente tipo con una acción
más o menos prolongada en el tiempo. Los aislantes a corto
plazo son las grasas o aceites que se eliminan con facilidad. Los
de medio plazo son las pinturas o recubrimientos
cerámicos. Los de largo plazo consisten en recubrir
metales con un alto grado de corrosión con otros que
tengan un grado de corrosión menor, por ejemplo el acero
galvanizado que consiste en depositar Zn o Sn sobre la superficie
del acero.

Protección catódica
Consiste en forzar al metal a comportarse como un cátodo
suministrándole electrones. Para ello utilizamos un
ánodo de sacrificio, el cual se corroe, ya que aporta
electrones al metal a proteger. Los materiales del ánodo
de sacrificio son el cinc o el magnesio.

Inhibidores Consiste en interrumpir o
reducir el paso de iones desde el ánodo al cátodo;
para ello, añadimos al electrolito productos
químicos que se depositan en la superficie del
ánodo o cátodo impidiendo o reduciendo la salida o
llegada de los iones, produciendo una polarización por
concentración o resistencia. Por ejemplo, las sales de
cromo realizan esta función en los radiadores de los
coches Protección por selección de
materiales Es conocido que no todos los metales tienen
el mismo comportamiento frente a la corrosión y que hay
ciertos metales como el cromo, níquel, platino, oro,
plata, wolfranio, etc. que son muy resistentes a la
corrosión atmosférica y a la acción de
muchos ácidos. No obstante, el empleo de estos metales en
estado puro está limitado por sus propias cualidades
mecánicas y precio. Se pueden conseguir aleaciones
inoxidables si introducimos pequeñas cantidades de estos
metales.

Pasivadores (protección
anódica) Se dice que un metal tiene pasividad
natural cuando al oxidarse se forma una fina capa de óxido
que impide la corrosión del mismo, como ocurre con el
aluminio, el cobre, etc. Este mismo efecto puede conseguirse de
forma artificial en ciertos metales sumergiéndolos en
algunos ácidos, por ejemplo si bañamos un acero en
ácido nítrico concentrado, este quedará
protegido frente al ataque de ácido nítrico de baja
concentración. No obstante la aplicación más
común de los pasivadores se hace en forma de
impregnación como ocurre con el minio (Pb304) o el cromato
de cinc (ZnCr04).

Agradezco a los autores del material recogido en los
siguientes enlaces a partir de los cuales se ha podido
confeccionar este documento:

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/ies_sierra_magina/d_tecnologia/LIBRO/select.htm

http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/index.html#apuntes

http://issuu.com/yanche/docs/libro2correg

Autor:

PabloTurmero